искать
Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 105 , авторов - 328 ,
всего информационных продуктов - 3114 , из них
статей журнала - 645 , статей базы знаний - 85 , новостей - 2209 , конференций - 4 ,
блогов - 8 , постов и видео - 127 , технических решений - 4

© 2016-2019 ГеоИнфо

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
Теория и практика изысканий 

Тоннель под Ла-Маншем. Часть 2. Результаты инженерных изысканий и выбор трассы сооружения

Аналитическая служба ГеоИнфо
10 декабря 2018 года

В 1987-1994 годах был построен тоннель под проливом Ла-Манш, разделяющим Великобританию и Францию. По общей длине это сооружение занимает сегодня третье место в мире, но его часть длиной 37,9 км, проходящая под морским дном, до сих пор находится на первом месте. В предыдущей части статьи была дана информация об условиях региона, о принятии французским и британским правительствами решения о строительстве тоннеля и об организационной структуре управления данным проектом. Здесь мы расскажем об основных результатах инженерных изысканий для создания этого грандиозного сооружения и о выборе хода его трассы.

Первые идеи создания тоннеля под Ла-Маншем были нереалистичными, так как не были подкреплены необходимыми геологическими исследованиями. Например, французский инженер Альбер Матье-Фавье в 1802 году предожил проложить тоннель на слишком маленькой глубине (10 м) от морского дна в совершенно не подходящем для этого трещиноватом грунте. По этому тоннелю предполагалось проезжать в каретах и повозках при свете масляных ламп и пассивной вентиляции через трубы, выступающие над поверхностью моря всего на 5 м.

Достаточно серьезное инженерно-геологическое изучение самой узкой части Ла-Манша  пролива Па-де-Кале  началось в 1833 году с измерений глубины дна и геологической съемки французским инженером Томэ де Гамоном, который в итоге разработал несколько более или менее реалистичных проектов создания стационарного пути через этот пролив. В том числе в 1856 году он предложил строительство двухпутного железнодорожного тоннеля под морским дном, освещаемого газовыми фонарями. Свои исследования он продолжал до 1867 года и выявил максимальную глубину пролива Па-де-Кале и непрерывность геологических слоев под ним. В 1870-е годы его последователями был произведен обширный отбор проб грунта со дна пролива, а также из шахт и скважин на берегах.

В 19581959, 19641965, 19721975 годах в проливе также проводились достаточно обширные изыскания для разных целей, в том числе и для нереализованных проектов строительства тоннеля.

В июне 1982 года франко-британская исследовательская группа поддержала предложенный еще в 1970-х годах план создания под дном Па-де-Кале двух параллельных однопутных железнодорожных тоннелей и одного служебного между ними (вся система позже была названа Евротоннелем), а правительства Великобритании и Франции подписали в 1986 году договор о реализации этого плана. Более подробно об осознании необходимости строительства тоннеля, принятии соответстсвующего решения и организационной структуре управления проектом было рассказано в предыдущей части статьи [1].

При инженерных изысканиях, выполненных в 19861988 годах, были проведены камеральные, топографические, геологические, геофизические, экологические и другие исследования как в акватории Па-де-Кале, так и на его берегах. Были подтверждены, уточнены и расширены результаты, полученные до 1975 года.

В общей сложности за все годы было пробурено 166 скважин в акватории и 140  на суше, а также выполнено непрерывное сейсмическое профилирование протяженностью около 4 тыс. км. Результаты всех этих исследований внесли свой вклад в общую базу данных по проливу.

Использовались также результаты разведочного бурения и геофизических исследований, выполненных в проливе ранее нефтегазовыми компаниями, и материалы космической и аэрофотосъемки с высоким разрешением.

Анализ собранной информации позволил получить достаточно точные данные о рельефе дна пролива (максимальная глубина воды вдоль предполагаемой трассы тоннеля составила 60 м), о его геологическом строении, характеристиках слагающих его горных пород и точном расположении трещиноватых зон и разломов.

Из-за большой сложности и дороговизны бурения инженерно-геологических скважин в акватории его объемы были меньше, чем хотелось бы, поэтому для проведения основных стратиграфических границ приходилось использовать не только исследования образцов грунта и непрерывное сейсмическое профилирование, но и геостатистические методы интерполяции, которые позволили оптимизировать результаты поисковых работ и свести к минимуму непредвиденные грунтовые условия во время проходки тоннелей (хотя неприятные и дорогостоящие неожиданности все-таки иногда случались, о чем будет рассказано в одной из следующих частей статьи).

Отклонения в залегании спрогнозированных границ между слоями, обнаруженные уже при строительстве, составляли от 1 до 3 м (в одном случае  до 6 м) на английской стороне, где редко использовалось сопоставление результатов интерполяции и реальной проходки для внесения уточнений в проект, и от 1 до 2 м на французской стороне, где статистические прогнозы примерно через каждые 250 м проходки проверялись и корректировались (напомним, что Евротоннель строили английская и французская команды навстречу друг другу от своих берегов).

Полученный по результатам изысканий разрез вдоль трассы тоннеля схематично показан на рисунке 1. Дно Па-де-Кале сложено в основном мезозойскими отложениями меловой системы. Под основной частью пролива они имеют в целом синклинальное залегание и лишь вблизи французского берега  антиклинальное. В прибрежных зонах и на дне пролива сверху вниз залегают (несплошной слой современных рыхлых донных осадков не превышает по толщине нескольких сантиметров из-за сильных течений, поэтому в списке и на рисунке 1 не представлен):

  • толща белого мела с кремнистыми прослоями сенонского надъяруса верхнего отдела меловой системы  в основном на французском берегу;
  • толща белого мела туронского яруса верхнего отдела меловой системы  в основном на берегах;
  • толщи выветрелого трещиноватого белого мела и непрочного серого мела сеноманского яруса верхнего отдела меловой системы;
  • 2530-метровая толща известкового мергеля (сеноманского яруса верхнего отдела меловой системы) с очень низкой водопроницаемостью за счет содержания глинистых частиц в количестве 3040%;
  • тонкий слой (12 м) умеренно крепкого зеленого глауконитово-песчанистого мергеля (сеноманского яруса верхнего отдела меловой системы) с низкой водопроницаемостью, кровля которого послужила хорошей отражающей границей при непрерывном сейсмическом профилировании;
  • толща плотной мергелистой глины (альбского яруса нижнего отдела меловой системы), склонной к набуханию и размягчению при увлажнении;
  • толща слабоконсолидированного глауконитового песчаника (аптского яруса нижнего отдела меловой системы).

 

Рис. 1. Упрощенный геологический разрез вдоль трассы тоннеля под дном пролива Па-де-Кале от портала до портала (по [15, 16]) Рис. 1. Упрощенный геологический разрез вдоль трассы тоннеля под дном пролива Па-де-Кале от портала до портала (по [15, 16])

 

Слои мела над толщей известкового мергеля были непригодны для проходки тоннеля из-за повышенной пористости и сильной трещиноватости, возникших в результате интенсивного выветривания в межледниковые времена, когда дно пролива было выше уровня моря, поскольку по пустотам и трещинам вниз легко могла бы проникать морская вода. Кроме того, эти верхние слои мела местами содержали песок и гравий, которые затрудняли бы бурение.

Поэтому было решено проложить Евротоннель под проливом и под британским берегом исключительно в пределах толщи известкового мергеля (см. рис. 1 практически водонепроницаемого, достаточно легко проходимого при бурении тоннелепроходческими механизированными комплексами, но при этом достаточно хорошо сохраняющего краткострочную стабильность при экскавации (разрез на французской стороне суши оказался более переменным и сложным, и тоннелю там пришлось пересекать разные слои  см. рис. 1).

Кроме того, систему тоннелей запланировали пробурить в основном в нижних 15 метрах толщи известкового мергеля  как можно дальше в глубину от подошвы древней трещиноватой коры выветривания, а также от трещин, возникших сверху на изгибах пластов при складкообразовании, чтобы минимизировать возможность проникновения в строящееся сооружение морской воды. К тому же водопроницаемость известковых пород в рассматриваемом разрезе уменьшается с увеличением содержания глинистых частиц, которое в данном случае происходит сверху вниз, особенно в известковом мергеле.

При этом Евротоннель должен был проходить строго выше слоя мергелистой глины, которая из-за склонности к набуханию при попадании влаги могла бы оказывать сильное давление на обделку сооружения.

В итоге его трасса прошла под проливом не горизонтально, а повторила синклинальный изгиб толщи известкового мергеля (см. рис. 1).

В целом эти условия считались почти идеальными для проходки системы тоннелей под морским дном. Но это только в целом. Необходимо было исследовать очень большое количество деталей. Так, на французской стороне пролива, особенно рядом с берегом, известковый мергель был более твердым, но более хрупким и трещиноватым, чем на английской. К тому же там было выявлено 6 разломов, пересекающих предполагаемую трассу сооружения. Все это способствовало возможности проникновения в тоннели воды, что пришлось учитывать при выборе технологий их бурения, обделки и герметизации. В том числе для проходки с французской стороны были специально разработаны и построены особо прочные тоннелепроходческие комплексы с хорошей водозащищенностью.

С английской стороны также были обнаружены разломы и зоны трещиноватости, но только под береговой частью, а не под дном пролива. Поэтому британцы решили использовать стандартные тоннелепроходческие комплексы, приспособленные для работы в «сухих» условиях, что через какое-то время создало им значительную проблему, о которой мы расскажем в следующих частях статьи.

Было выявлено, что на английской стороне пролива угол наклона подошвы и кровли известкового мергеля в среднем составляет около 5 градусов, а на французской  около 20. На британской стороне изменения пологости залегания этой толщи оказались небольшими (не более 1 м), а на французской они доходили до 15 м, фактически образуя небольшие складки. Да еще мощность слоев осадочных пород на французской стороне оказалась меньше, чем на английской.

Поэтому при изысканиях, а также во время проходки тоннелей, особенно со стороны Франции, пришлось с помощью специального оборудования с особой тщательностью уточнять параметры залегания известкового мергеля, чтобы система тоннелей все время оставалась в его пределах.

Для каждого участка Евротоннеля тщательно выбирались не только оптимальная глубина заложения, но и наилучшее прохождение трассы в плане, чтобы по максимуму избежать зон разломов, трещиноватости, близкого залегания подземных вод, значительных складок, а также палеоврезов и палеодолин, заполненных не скальным грунтом, а песчано-илистым, песчано-гравийным или галечным материалом (рис. 2). Трасса системы тоннелей только в одном месте пересекла в плане зону погребенного палеовреза (притока крупной погребенной палеодолины Фосс Дангерд), но прошла в толще известкового мергеля гораздо глубже подошвы этого вреза (см. врезку на рис. 2).

 

Рис. 2. Карта-схема, на которой показан маршрут Евротоннеля, расположение палеодолин и обнажений мергелистой глины на поверхности дна пролива. На врезке – разрез участка, вблизи которого находится крупная погребенная палеодолина Фосс Дангерд. Здесь система тоннелей прошла в толще известкового мергеля под очень неглубоким притоком этой палеодолины (по [9]) Рис. 2. Карта-схема, на которой показан маршрут Евротоннеля, расположение палеодолин и обнажений мергелистой глины на поверхности дна пролива. На врезке – разрез участка, вблизи которого находится крупная погребенная палеодолина Фосс Дангерд. Здесь система тоннелей прошла в толще известкового мергеля под очень неглубоким притоком этой палеодолины (по [9])

 

Прогнозная оценка воздействия строительства и последующей эксплуатации сооружения на окружающую среду (в отношении безопасности, шума, общего загрязнения и пр.) не выявила каких-либо серьезных рисков.

На основе выполненных инженерных изысканий и анализа их результатов был разработан проект строительства Евротоннеля, подобраны оптимальные методы, технологии и оборудование для его проходки и обделки.

Суммарная длина его трассы, выбранной между окрестностями городов Кокель во Франции и Фолкстон в Великобритании, составила около 50,5 км (точнее, 50,45 км). При этом 3,3 км запланировали пройти под сушей на французской стороне, 37,9 км  под дном пролива и 9,3 км  под сушей на британской стороне. Таким образом, по общей длине тоннель под Ла-Маншем в настоящее время занимает третье место после Готардского базисного тоннеля в Швейцарских Альпах (57 км) и тоннеля Сэйкан между японскими островами Хонсю и Хоккайдо (53,85 км). Однако длина отрезка Евротоннеля, прошедшего под морским дном, по-прежнему остается на первом месте в мире, так как подводная часть тоннеля Сэйкан составляет всего 23,3 км.

Маршрут системы тоннелей под Ла-Маншем прошел в среднем на глубине 45 м от дна пролива (самая нижняя его точка достигает 75 м от дна и 115 м от уровня моря).

Напомним, что было решено создать три параллельных тоннеля, связанных между собой поперечными коридорами,  два однопутных железнодорожных и один служебный между ними. Проходка началась в конце 1987 года  еще до окончания основных инженерных изысканий (для ускорения развития проекта все его этапы сильно перекрывались между собой).

Интересно отметить, что инженерные изыскания не прерывались во время всего строительства. Так, более узкий служебный тоннель, бурить который было легче, использовался в качестве пилотного  он строился с опережением железнодорожных примерно на 1 км, чтобы заранее уточнить особенности геологических разрезов на каждом участке, выявить зоны разломов, трещиноватых и разрушенных пород, области с высокими притоками воды и т.д. При проходке постоянно осуществлялось зондирование (разведочное бурение) вперед, вниз и в стороны, чтобы вовремя внести соответствующие коррективы в проект и избежать столкновения с непредвиденными грунтовыми условиями при строительстве как служебного, так и основных тоннелей [218].

Более подробно о геотехнических решениях и ходе строительства Евротоннеля мы расскажем в следующей части статьи.


Список литературы и других источников

  1. Тоннель под Ла-Маншем. Часть 1. Условия региона, осознание необходимости строительства и первые шаги // Geoinfo.ru. 03.12.2018. URL: http://www.geoinfo.ru/product/analiticheskaya-sluzhba-geoinfo/tonnel-pod-la-manshem-chast-1-usloviya-regiona-osoznanie-neobhodimosti-stroitelstva-i-pervye-shagi-39310.shtml.
  2. Евротоннель (тоннель под Ла-Маншем, Eurotunnel, Channel Tunnel) // Traveleu.ru. Дата последнего обращения: 28.10.2018. URL: http://traveleu.ru/roads/roadFotoMap/Eurotunnel.htm.
  3. Евротоннель // Ru.wikipedia. 25.09.2018. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Евротоннель.
  4. Маколи Д. Как это построено: от мостов до небоскребов. Туннель под Ла-Маншем (Евротуннель) // АНО ЦКОФР. 22.05.2015. URL: https://www.ckofr.com/index.php?option=com_content&view=article&id=1107.
  5. Тоннель «Ла-Манш» // http://www.eurotunnel.com. Дата последнего обращения: 29.10.2018. URL: https://www.tourister.ru/world/europe/united-kingdom/city/london/tunnels/1055.
  6. Тоннель под Ла-Маншем // РИА Новости. 01.12.2015. URL: https://ria.ru/spravka/20151201/1332679143.html.
  7. Туннель под Ла-Маншем // География. Дата последнего обращения: 28.10.2018. URL: https://geographyofrussia.com/tunnel-pod-la-manshem/.
  8. Channel Tunnel // En.wikipedia. 08.11.2018. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Channel_Tunnel.
  9. Channel Tunnel // Theotherside. 30.03.2002. URL: https://www.theotherside.co.uk/tm-heritage/background/tunnel.htm.
  10. Civil Engineering. Euro Tunnel (the Chunnel) // Explore the world of piping. The last accessed date: 28.10.2018. URL: http://www.wermac.org/civil_eng/eurotunnel.html, https://www.eurotunnel.com/build/.
  11. Goel T. Engineering the Euro Tunnel // Bright Hub. 16.11.2012. URL: https://www.brighthub.com/education/homework-tips/articles/49126.aspx.
  12. Harris C.S. Channel Tunnel geology // Geologyshop. The last accessed date: 28.10.2018. URL: http://www.geologyshop.co.uk/chtung.htm.
  13. Noulton J. Trends in rail freight. The Channel Tunnel // Japan Railway & Transport Review. 2001. № 26. P. 3845. URL: http://www.ejrcf.or.jp/jrtr/jrtr26/f38_nou.html.
  14. Pompеe P.-J. Channel tunnel project overview // Amicale Des Bвtisseurs. Du Tunnel Sous La Manche. The last accessed date: 14.11.2018. URL: http://batisseurs-tunnel.com/wp-content/uploads/2015/03/1-Le-Projet-Tunnel-sous-La-Manche_C1.pdf.
  15. Rankin B., Williams R. Channel Tunnel // The Geological Society website. The last accessed date: 28.10.2018. URL: https://www.geolsoc.org.uk/GeositesChannelTunnel.
  16. Sinclair B., Moczygemba C., Moore D., Wendell T. Channel Tunnel // Sites.google.com. The last accessed date: 28.10.2018. URL: https://sites.google.com/site/channeltunnelcven207/home.; https://sites.google.com/site/channeltunnelcven207/geotechnical-engineering.
  17. The Channel Tunnel // Engineering.com. 17.10.2006. URL: https://www.engineering.com/Library/ArticlesPage/tabid/85/articleType/ArticleView/articleId/79/The-Channel-Tunnel.aspx.
  18. The Channel Tunnel engineering project // UKessays. November 2013. URL: https://www.ukessays.com/essays/construction/examining-the-channel-tunnel-engineering-projects-construction-essay.php?vref=1.

 

Рисунок на заставке: http://www.sussex.ac.uk/geography/researchprojects/coastview/Offshore/offshore.htm.

Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению